钙钛矿晶界处的缺陷是造成非辐射复合和迟滞效应的主要原因。近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所酒同钢研究员等人在Science China Materials上发表研究论文，将三嗪石墨炔(一种富氮的碳材料)引入到钙钛矿中钝化晶界缺陷。
图1 通过界面方法合成的Tra-GD的(a)SEM，(b)AFM和(c, d)HRTEM图，标尺依次为200 nm，4 µm和50 nm。Tra-GD的(e)周期性结构和(f)结构单元。PVSK/Tra-GD溶液的制备(g)和示意图(h)。
实验结果表明，三嗪石墨炔能够均匀地分散于钙钛矿体相中，并且和晶界处暴露的Pb2+发生强相互作用，这确保了三嗪石墨炔能够有效地钝化晶界，防止晶界离子迁移。开尔文电镜和荧光分析证明高度共轭的三嗪石墨炔存在于晶界处，有利于载流子的提取和传输。得益于晶界缺陷的钝化和高效的载流子传输，基于三嗪石墨炔的钙钛矿太阳能电池展现了更小的非辐射复合。因此，三嗪石墨炔优化后的MAPbI3器件光电转换效率为20.33%，迟滞效应可以忽略不计。同样地，将三嗪石墨炔的钝化方法拓展至FAPbI3器件中，得到了21.16%的最佳效率。
图2 FAPbI3/Tra-GD的构造示意图以及电化学性能。
本文展现的三嗪石墨炔钝化晶界缺陷的方法能够有效提升钙钛矿太阳能电池的性能和抑制迟滞效应。该研究成果最近发表于Science China Materials, 2020, 10.1007/s40843-020-1324-8。
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